JP4064420B2 - 水晶振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高周波数用とする貼り合わせ型の水晶振動子の製造方法を技術分野とし、特に貼り合わせを直接接合とした水晶振動子の製造方法に関する。

（発明の背景）水晶振動子は、周波数及び時間の基準源としての発振子やフィルタ素子として、通信機器を含む各種の電子機器に多く用いられている。近年では、通信周波数等の高周波数化に伴い、一般的に使用されるＡＴカットとした水晶振動子（水晶片）の厚みが小さく加工される。なお、水晶振動子の振動周波数はＡＴカットとした水晶片の厚みに反比例し、厚みが小さいほど振動周波数が高くなる。このようなものの一つに、補強板を設けて強度を高めたものがある。

（従来技術の説明）第７図及び第８図は一従来例（特許文献１参照）を説明する図で、第７図は水晶振動子の分解図、第８図は断面図である。
水晶振動子は、いずれもＡＴカットとした振動子用水晶片１と補強板２とを貼着してなる。振動子用水晶片１は一主面に励振電極３及びこれから延出した引出電極４を有する。補強板２は貫通孔５を有する本体６と、貫通孔５に対面した一主面に励振電極３及び引出電極４を有する励振用電極板７とを一体化してなる。要は、振動子用水晶片１の他主面側をエアーギャップ方式（空間電界方式）とした励振形態とする。

具体的には、先ず補強板２を形成する。次に、振動子用水晶片１の他主面に補強板２の開口側を貼着する。そして、貼着後に両主面を研磨して振動子用水晶片１を規定の厚みにする。最後に、振動子用水晶片１の一主面に励振電極３及び引出電極４を延出する。

このようなものでは、補強板２と一体化して振動子用水晶片１を研磨するので、振動子水晶片１を単独とした場合に比較し、取り扱いを容易にして作業時の破損等を防止する。例えば振動周波数を１００ＭＨｚとすると振動子用水晶片１の厚みは約１７μｍとなり、高周波数になるほど効果を大とする。
特開平３−１３９９１２号公報 特開昭４９−９０４９７号公報 特開２０００−２６９１０６号公報 特開２０００−２２８６１８号公報

（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶振動子では、基本的に接着剤等を用いた貼着による３層構造とするので、接合強度が小さいとともに製造を複雑にする問題があった。

また、特許文献２では、振動子用水晶片１に金属又は非金属材をメッキや蒸着等によって被着した後に両主面を研磨し、その後中央部をエッチングして除去して外周に補強層８を設ける（第９図）。しかし、この場合は、メッキや蒸着等で補強層８を設けるので、接合強度がさらに小さくなる問題があった。なお、接合強度が小さいと、例えば研磨によって厚みを小さくする場合、その作業を困難とする。

また、水晶板の一主面あるいは両主面側から中央部をエッチングして振動領域を形成したものもあるが（未図示）、このようなものでは振動領域の平面度及び平行度が損なわれる問題があった。

（発明の目的）本発明は、接合強度を高めて製造を容易にした水晶振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、ＡＴカットの振動子用水晶片とエッチングによる貫通孔が設けられた補強板とを接合してなる水晶振動子の製造方法において、いずれもＡＴカットからなる振動子用水晶ウェハと複数の貫通孔がエッチングによって設けられた補強用水晶ウェハとを直接接合して、前記振動子用水晶ウェハの前記貫通孔と対向する両主面に励振電極を形成するとともに前記振動子用水晶ウェハ及び前記補強用水晶ウェハに前記励振電極と接続する引出電極を形成した後、前記振動子用水晶片と前記補強板とが接合した個々の水晶振動子に分割し、前記補強用水晶ウェハの引出電極は前記貫通孔を形成する際にエッチングの異方性によって生ずる前記補強用水晶ウェハのＺ′軸に斜交する傾斜面に形成され、前記Ｚ′軸は前記水晶振動子の長さ方向である製造方法とする。

このような構成（製造方法）であれば、振動子用水晶ウェハと補強用ウェハとを直接接合するので、原子間的な接合となって基本的に接合強度を高める。また、補強用ウェハには予め貫通孔が設けられて振動子用水晶ウェハを直接接合する。したがって、例えば振動子用水晶ウェハと補強用ウェハとを接合した後、補強用ウェハに貫通孔を形成する場合に比較し、両者の界面に生ずる気泡が逃げやすく接合強度を高めて製造を容易にする。

また、前記補強用ウェハはＡＴカットの補強用水晶ウェハであって、前記補強用水晶ウェハの引出電極は前記貫通孔を形成する際にエッチングによって生ずる前記補強用水晶ウェハのＺ′軸に斜交する傾斜面に形成される（所謂エッチングの異方性）。これにより、引出電極を急斜面に形成する場合に比較して断線を防止できる。そして、ウェハ状態での傾斜面の位置が同一方向に形成されるので、例えば分割した後に引出電極を形成する場合に比較し、位置決め等の作業を不要にして電極形成を容易にする。

（第１実施形態）
第１図は本発明の第１実施形態である水晶振動子の製造方法を説明する図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

水晶振動子は例えば矩形状として、前述のように振動子用水晶片１と補強板２とからなる。この例では、振動子用水晶片１及び補強板２はいずれもＡＴカットとする。ＡＴカットは、第２図に示したように、結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、主面（ＹＺ面）がＸ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分（即ち、主面に対する法線がＹ軸からＺ軸方向に３５度１５分）傾斜した切断角度である。傾斜した新たな軸をＹ′軸及びＺ′軸とする。

具体的には、先ず、いずれもＡＴカットとした振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用水晶ウェハ２Ａを直接接合する（第３図参照）。ここでは、補強用水晶ウェハ２Ａには予め複数の貫通孔５がフッ酸等のエッチングによって形成される。この場合、補強用水晶ウェハ２Ａは、一主面側の貫通孔５となる領域のみを露出して他をマスクする。

直接接合は振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用水晶ウェハ２Ａとを鏡面研磨して親水化（ＯＨ基化）する。そして、主面同士を当接して加熱処理し、Ｈ２Ｏを除去することによってＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合とする。あるいは、一方を親水化（ＯＨ基化）して他方を疎水化（Ｈ基化）して加熱処理し、Ｓｉ−Ｓｉ結合とする「第４図（ａｂ）、特許文献３参照」。

次に、両主面を研磨して振動子用水晶ウェハ１Ａの厚みを小さくする。あるいは、鏡面研磨によって規定厚み内に加工された振動子用水晶ウェハ１Ａをエッチングによって制御する。そして、蒸着等によって、振動子用水晶ウェハ１Ａの両主面に複数の励振電極３及び引出電極４を形成する。但し、貫通孔５側の引出電極４は補強用水晶ウェハ２Ａにも形成される。そして、振動子用水晶片１と貫通孔５を有する補強板２とが接合された各水晶振動子に個々に分割する。

このようなものでは、振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用水晶ウェハ２Ａとを直接接合によって接続するので、原子間的な接合となって接合強度が高くなる。したがって、取り扱いを容易にするとともに、例えば接合後に研磨によって厚みを小さくする場合にはその作業を容易にする。そして、振動子用水晶片１と補強板２の二層とするので製造を単純化する。

また、補強用水晶ウェハ２ＡをＡＴカットとして一主面側からエッチングして貫通孔５を形成するので、エッチング速度即ちＺ軸＞＞Ｘ軸＞Ｙ軸により、例えば長さ方向としたＺ′軸方向の内側面の一方に表面を露出した傾斜面９を生じる。なお、幅方向（Ｘ軸方向）の内側面は急斜面となる。このことから、Ｚ′軸方向の内側面の一方となる傾斜面９に引出電極４を延出することにより、例えば蒸着時の断線を防止できる（第１図及び第６図参照、特許文献４参照）。

また、補強用水晶ウェハ２Ａは予め貫通孔５が設けられて振動子用水晶ウェハ１Ａを直接接合する。したがって、例えば振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用水晶ウェハ２Ａとを接合した後、補強用水晶ウェハ２Ａに貫通孔を形成する場合に比較し、両者の界面に生ずる気泡が逃げやすく接合強度を高められる。

そして、ここでは、特に振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用水晶ウェハ２Ａを直接接合した時点で、励振電極３及び引出電極４を形成するので、個々に分割して形成する場合に比較し、傾斜面９の位置が一定方向になるので位置合わせ等を要することなく、製造を容易にする。

（第２実施形態、参考）
第６図は本発明の第２実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。なお、前実施形態と同一部分の説明は省略又は簡略する。

水晶振動子は、前述同様にＡＴカットとした振動子用水晶片１と補強板２からなり、ここでは補強板２をガラス板とする。そして、振動子用水晶ウェハ１Ａと補強用ガラスウェハとを直接接合して励振電極３及び引出電極４を形成した後、個々の水晶振動子に分割する（前第３図）。但し、前述同様に補強用ガラスウェハには一主面側の貫通孔５となる領域のみを露出して他をマスクする。

このようなものでは、補強用ガラスウェハに貫通孔５となる領域のみを露出してエッチングするので、一主面側から他主面に向かって等方性の傾斜面が得られる。したがって、第１実施形態のように一方向のみならず、方向性に拘わらずいずれの箇所からでも引出電極４を導出しやすく、断線を防止できる。そして、また、補強用ガラスウェハは予め貫通孔５が設けられて振動子用水晶ウェハを直接接合するので、両者の界面に生ずる気泡が貫通孔から逃げやすく接合強度を高められる。なお、上記の各実施形態では、水晶振動子及び貫通孔５は矩形状としたが、例えば円板状であってもよい。

本発明の第１実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 本発明の第１実施形態を説明するＡＴカット水晶板の切断方位図である。 本発明の第１実施形態を説明する振動子用水晶ウェハと補強用水晶ウェハとの接合図である。 本発明の第１実施形態を説明する直接接合の模式図である。 本発明の第１実施形態を説明する補強板の図である。 本発明の第２実施形態を説明する水晶振動子の断面図である。 従来例を説明する水晶振動子の分解図である。 従来例を説明する水晶振動子の断面図である。 従来例を説明する振動子用水晶片の断面図である。

符号の説明

１ 振動子用水晶片、２ 補強板、３ 励振電極、４ 引出電極、５ 貫通孔、６ 補強板本体、７ 励振用電極板、８ 補強層、９ 傾斜面．

Claims (1)

1. ＡＴカットの振動子用水晶片とエッチングによる貫通孔が設けられた補強板とを接合してなる水晶振動子の製造方法において、いずれもＡＴカットからなる振動子用水晶ウェハと複数の貫通孔がエッチングによって設けられた補強用水晶ウェハとを直接接合して、前記振動子用水晶ウェハの前記貫通孔と対向する両主面に励振電極を形成するとともに前記振動子用水晶ウェハ及び前記補強用水晶ウェハに前記励振電極と接続する引出電極を形成した後、前記振動子用水晶片と前記補強板とが接合した個々の水晶振動子に分割し、前記補強用水晶ウェハの引出電極は前記貫通孔を形成する際にエッチングの異方性によって生ずる前記補強用水晶ウェハのＺ′軸に斜交する傾斜面に形成され、前記Ｚ′軸は前記水晶振動子の長さ方向であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。

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